DE2412054C3 - Von der Durchflußmenge unabhängig arbeitende Differenzdruck-Schaltarmatur für flüssige oder gasförmige Medien - Google Patents

Description

Eine Differenzdruck-Schaltarmatur nach dem Oberbegriff des Anspruchs I ist aus der US-PS 26 28 296 bekannt.

Die in dieser Patentschrift beschriebene Armatur weist als Drossel eine Verengung auf, so daß eine bestimmte Mindestdurchflußmenge zum Ansprechen erforderlich ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Armatur nach dem Oberbegriff des Anspruchs I so auszubilden, daß sie von der DurchfluOmenge unabhängig arbeitet.

Diese Aufgabe wird durch eine Ausbildung nach dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst.

Durch die Unabhängigkeit des Anspruchwertes von der Durchflußmenge entfallen jegliche Einstellmittel für den Ansprechwert

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand der Zeichnungen beispielsweise beschrieben. Es bedeutet

Fig. 1 eine teilweise geschnittene Darstellung der erfindungsgemäßen Differenzdruck-Schaltarmatur mit Steuerungsteil, Schaltungsteil und automatisch arbeitender Drossel in Ruhestellung, und

Fig.2 die Seitenansicht einer als Differenzdruck-Steuerventil ausgebildeten Differenzdruck-Schaltarmatur, teilweise im Schnitt, bestehend aus dem Differenzdruck-Schalter nach Fig. 1, jedoch ohne Drossel in Verbindung mit einem nachgeordneten Magnetventil, als Drossel wirkend, wiederum in Ruhestellung.

Die Differenzdruck-Schaltarmatur 1 setzt sich gemäß F i g. 1 grundsätzlich aus vier Abschnitten zusammen, nämlich dem unteren Gehäuseteil 2 mit dem Zugang 3 und dem Abgang 4 für das zu steuernde Fließmedium, der automatisch arbeitenden Drosseleinrichtung 27, bestehend aus dem Ventilsitz 28, dem Permanentmagneten 29 mit Druckfeder 30 und der im Gehäuse 2 verschraubten Verschlußkappe einschließlich Führungsachse 31, sowie dem darauf aufgeschraubten Steuerungsteil 5 und schließlich dem wiederum auf dessen oberen stirnseitigen Bereich aufgeschraubten Schaltungsteil 17. Wie aus der Darstellung ersichtlich, bildet das Gehäuse 2 ein Verbindungsstück, wobei die Ab- und Zuleitungen zu beiden Seiten z. B. mittels Überwurfmuttern anschraubbar und unter Zwischenschaltung von Dichtungsringen wasser- bzw. gasdicht befestigbar sind. Der sich nach oben hin erstreckende, stirnseitig offene Abschnitt des Gehäuses 2 ist in der dargestellten Weise im Bereich des obersten erweiterten nußenumfangs mit Außengewinde versehen, auf welches das Steuerungsteil 5 aufschraubbar ist, welches sich aus dem Kopfstück 6 mit einer mittleren Bohrung, das nach unten hin in den Stutzen 7 ausläuft, der im Abstand in die Bohrung des mittleren, nach oben offenen Abschnittes des Gehäuses 1 eingreift, sowie einer über den äußeren Umfang des Stutzens 7 dichtend hinweggezogenen Stülpmembrane 8 zusammensetzt, die ihrerseits sich unterhalb der unteren stirnseitigen Randkante des Stutzens 7 in der abgebildeten Art verengend zur anderen Hälfte um den äußeren Umfang eines Steuerkörpers 9 legt, der innerhalb des Stutzens 7 und der zentrischen Bohrung des Kopfstückes 6 zufolge der Elastizität der Stülpmembrane 8 gegen die Wirkung einer Federkraft bewegbar ist. Die mittlere Bohrung innerhalb des Kopfstückes 6 stellt eine Gegendruckkammer 11 dar, die nachfolgend noch näher beschrieben werden wird.

Der Steuerkörper 9 ragt etwa zur Hälfte seiner axialen Gesamtlänge in den Stutzen 7 hinein und begrenzt innerhalb des Kopfstückes 6 die Gegendruckkammer U nach unten hin. Zwischen der äußeren IJmfangsfläche des Steuerkörpers 9 und der im lichten Durchmesser gegenüber der Gegendruckkammer 11 erweiterten Bohrung des Stutzens 7 ist eine Druckfeder angeordnet, die den Stetierkörper 9 in Richtung nach unten vorspannt. Die .Stülpmembrane 8 legt sich etwa zur Hälfte gas- und fliissigkcilsdichtcnd um die äufiere Umfangsfliiche des Stutzens 7 und die untere im

Durchmesser verjüngte Hälfte des Steuerkörpers 9, In die obere Hälfte des Steuerkörpers 9 ist etwa über die Länge, die der Steuerkörper in den Stutzen 7 hineinragt, in diesen eine mittige Bohrung eingebracht, die einen zylindrischen Permanentmagneten 10 aufnimmt, dessen obere Stirnseite nicht über diejenige des Steuerkörpers 9 hinausragt.

Den innerhalb des Bereichs der Gegendruckkammer 11 axial frei beweglichen Steuerkörper 9 gegenüber liegt in derselben Bohrung des Kopfstückes 6 im oberen Bereich eingesetzt, aber axial unbeweglich ein Einsatzstutzen 13, der über seine gesamte Länge in das Kopfsiück 6 eintaucht und dessen Lage durch eine stufige Ausbildung seiner äußeren zylindrischen Umfangsfläche und einer komplementären Gestaltung der mittleren Bohrung des Kopfstückes 6 in der dargestellten Weise fixiert ist. Die Form des Einsatzstutzens 13 ist etwa die eines zylindrischen Topfes mit einer unteren, geschlossenen Trennwand 12. die die obere Begrenzung der Gegendruckkammer Il bildet. Der zylindrische, eine Führung 14 darstellende, innere Hohlraum des Einsatzstutzens 13 nimmt einen zweiten Permanentmagneten 15 auf, der in axialer Richtung entlang der Führung frei beweglich ist, und der im Ausführungsbeispiel wiederum zylindrisch ist, wobei er in Ausführung und Dimensionierung dem Permanentmagneten 10 entspricht Beide Permanentmagnete 10, 15 sind so polarisiert, daß die Nord-Süd-Pole an den Stirnflächen liegen, und sie sind einander gegenübergestellt, daß gleichnamige Pole benachbart aufeinander zu zeigen.

Der Einsatzstutzen 13 bzw. wenigstens seine untere, stirnseitige Trennwand 12 besteht aus einem Material, welches magnetisch durchlässig ist. Die Gegendruckkammer U begrenzt sich nach dem oben Gesagten durch die Trennwand 12, den stirnseitigen Abschnitt des Steuerkörpers 9 mit Permanentmagnet 10 und die innere zylindrische Wandung des mittleren Teils der zentrischen Bohrung durch das Kopfstück 6. Die Gegendruckkammer 11 ist über Kanäle 23, die in der dargestellten Weise innerhalb der Wandungen des Kopfstücke* 6 liegen, und im Bereich der zurückgesetzten Wandungsabschnitte des Einsatzstutzens 13 oberhalb der Gegendruckkammer 11 und mit dieser verbunden einmünden, sowie über wenigstens einen Kanal 24 im Wandungsbereich des Gehäuses 2 mit der Abgangsseite 4 des Differenzdruck-Schalters verbunden. Da das Kopfteil 6 dichtend auf die obere Stirnseite des Gehäuses aufzuschrauben ist, liegt in der dargestellten Weise zwischen den Kanälen 23 und 24 ein Dichtungsring 25, der fluchtend zu den Kanalverbindungen Bohrungen oder Durchlässe 26 aufweist.

In ähnlicher Weise wie das Steuerungsteil 5 auf die obere Stirnseite des Gehäuses 2 aufgeschraubt ist, und in sich eine funktionsfähige, geschlossene Einheit bildet, ist wiederum auf die oben offene Stirnseite des Steuerungsteils 5 das Schaltungsteil 17 mittels einer Überwurfmutter 22 aufgeschraubt und steht so mit diesem in Funktionsverbindung. Auch das Schaltungsteil 17 bildet eine in sich geschlossene Einheit, wobei im Betriebszustand bei nach oben verschobenem Steuerkörper 9 und zufolge der sich abstoßenden gleichnamigen Pole der beiden Permanentmagneten 10 und 15 auch bei nach oben verschobenem oberen Permanentmagneten 15 dessen obere Stirnfläche 16 einen Schaltpimpel oder dergleichen Schaltorgan eines oder mehrerer Schaltelemente 18 betätigt, bei denen es sich um Ein- und Ausschalter und/oder Umschalter handeln kann. Der untere, etfca zylindrische Abschnitt des

Steuerungsteils 17, der, flanschartig erweitert, mittels der Überwurfmutter 22 zentrisch auf die obere Stirnseite des Steuerungsteils 5 geschraubt ist, besitzt für die freie Bewegung des oberen Permanentmagnet 15 in axialer Richtung fluchtend zu der Führung 14 innerhalb des Einsatzstutzens 13 eine zentrische, durchgehende Bohrung gleichen Durchmessers. Oberhalb dieser Bohrung liegt im Bewegungsweg des Permanentmagneten 15 der Schaltpimpel des oder der Schaltelemente 18, bei denen es sich etwa um Mikroschalter oder dergleichen handeln kann. Der genannte untere zylindrische Teil des Schaltungsteils 17 mündet in einer Grundplatte 19, die eine die Schaltelemente 18 umschließende Kappe 21 und einen flüssigkeitsdichten, seitlich angesetzten Kabelanschluß 20 trägt. Das Schaltungsteil 17, das Steuerungsteil 5 und das Gehäuse 2 des Differenzdruck-Schalters sind als in sich abgeschlossene Einheiten huckepackartig übereinander geordnet, wobei ihre mittleren Längsachsen fluchtend zueinander ausgerichtet sind und damit zusammenfallen. Die einzelnen Teilabschnitte sind einfach durch Überwurfmuttern oder dergleichen Gewindeverbindungen voneinander lösbar.

Wiederum fluchtend zu der genannten Achse liegt im unteren Teil des Gehäuses 2 zwischen Zugang 3 und Abgang 4 eine Drossel-Einrichtung 27, um in diesem Teil des Gehäuses einen Differenzdruck zu erzeugen. Die Drosseleinrichtung 27 besteht aus einem im Gehäuse 2 unterhalb des Steuerkörpers 9 angeordneter. Ventilsitz 28, gegen den, unterstützt durch eine Druckfeder 30, ein auf einer Achse der Verschlußkappe 31 geführter Permanentmagnet 29 dichtend und mit magnetischer Kraft anliegt.

In F i g. 2 ist der Differenzdruck-Schalter 1 gemäß Fig. 1, jedoch ohne Drossel, unmittelbar kombiniert mit einem Magnetventil 32. Das Magnetventil wird von dem Gehäuse 33 umschlossen, auf das mittels einer Überwurfmutter 35 das Funktionsteil 34 aufgeschraubt ist, dessen oberer Abschnitt den Magneten 36 enthält. Von dem Magnetventil kann der Dichtungskörper 37 auf den Sitz 38 im Gehäuse 33 dichtend aufgesetzt bzw. m^:: diesem in Eingriff gebracht werden oder im offenen Zustand von diesem im Abstand gehalten werden. Wie dargestellt, ist die im ersten Ausführungsbeispiel über die Kanäle 23 und 24 mit der Abgangsseite der Vorrichtung verbundene Gegendruckkammer hier mit der Abgangsseite des Magnetventils verbunden, in dem der Kanal 24 mittels des Kanals 39 bis in diesen Bereich — wie dargestellt — verlängert worden ist. Der Kanal 39 mündet abgangsseitig hinter dem Sitz 38 des Gehäuses 33 innerhalb des Magnetventils 32.

Die Funktionsweise der Vorrichtung ist unabhängig davon, ob die Differenzdruck-Schaltarmatur gemäß Fif. ' allein oder gemäß Fig. 2 in Kombination mit einem Magnetventil als Differenzdruck-Steuerventil Anwendung firdet immer so, daß, solange die Abgangsseite 4 geschlossen ist, der anstehende Staudruck über die vorhandenen Verbindungen zur Gegendruckkammer 11 hin, diese mit Fließmedium auffüllt, io daß der Steuerl.orper 9 sich in seiner unteren Stellung befindet und damit die beiden Permanentmagnete ausreichend weit voneinander entfernt sind, wobei der untere Permanentmagnet 10 den oberen Permanentmagneten 15 nicht nach oben verschieben kann und damit dessen obere Stirnseite 16 auch nicht den Schaltpimpel der Schaltelemente 18 betätigt. Erst dann, wenn die Abgangsseite 4 der Einrichtung geöffnet wird, steht der vorhandene Staudruck abgangsseitig nicht

mehr an. die Gegendruckkammer 11 entleert sich über die Kanäle 23, 24 und im Ausfiihriingsbeispiel nach F ι g. 2 auch noch über den Kanal 39, der Steuerkörper 9 wird durch den höheren Druck auf der Zugangsseite gegen die Wirkung einer federkraft in Aufwärtsrich tung bewegt, so dall der eine Pol des unteren Permanentmagneten, welcher — wie der obere Permanentmagnet — zu den Stirnflächen hin polarisiert ist, in unmittelbare Nachbarschaft zu dem gleichnamigen Pol des oberen Permanentmagneten gelangt und diesen nach oben verschiebt und hierbei die .Schaltelemente 18 betätigt.

Damit stellt die vorliegende Armatur cmc Schaltvorrichtung dar. die auf Grund vorliegenden Differenzdruk kes /wischen Zugang 3 und Abgang 4 .Steuerfunktionen /u übernehmen vermag, wobei die Ruhelage des Differenzdruck-Schalters bzw des Steuerventil¹, sich dadurch auszeichnet, dall die nachgcschaltete t'ntnahmestelic geschlossen ist. wobei, solange dieser SchlieU-zustand vorliegt, die Gegendruckkammer 11 mit Fließmedium aufgefüllt ist und damit der in den Zeichnungen dargestellte Schaltzustand vorliegt. Durch F.inleiten des Fließvorganges des Mediums, zufolge öffnen der Abgangsseite 4. erfolgt ein Druckabfall, der sich bis in die Gegendruckkammer 11 fortsetzt, Fin Druckabfall ist dadurch gegeben. Aeil der in der Dr<-·· '.'!einrichtung 27 angeordnete Permanentmagnet 29 mittels der Drucklt-ucr 30 gegen den ^c'·"¹ ■!·.!;/ zS dichtend anliegt und in diesem Zustand durch die magnetische Kraft gehalten wird, bis auf der Zugangsseite sich ein solcher Überdruck aufbaut, der erstens die Bewegung des Steuerkörpers 9 und dadurch eine Schaltfunkiion einleitet und zweitens dann die Drossel einrichtung 27 entsprechend der Durchfluömenge durch Abheben des Permanentmagneten 29 vom Stahlsit/ 28 entgegen der Kraft der Druckfeder 30 öffnet. Der vor der Drossel voll anstehende Druck wird — wie oben ausgeführt — auf den Steuerkörper 9 wirksam, drückt den Steuerkörper 9 zufolge der Flastizität der Stüipmembrane 8 und den sich darin befindlichen Permanentmagneten 10 in den Raum der drucklos gewordenen Gegendruckkammer II und der untere Permanentmagnet 10 hebt den oberen Permanentmagneten Ii. zufolge der Abstoßungskraft gleichnamiger Magnetpole, innerhalb der F'ührung 14 nach oben, wobei dieser die erforderliche Schaltfunkiion ausführt. Solan ge dieser Zustand beibehalten bleibt, el. h., solange das Hicümcdium vom Zugang 3 über den Abgang 4 abfließen kann, wird auch die Schaltfunktion aufrechterhalten, l-lrsl nach Schließen des Abganges 4 baut sich innerhalb der Gegendruckkammer 11 wiederum der Staudruck auf. der dann gleichermaßen vor der Drossel!inrichtung 27 ansteht, wie hinie: dieser, so daü über den Ausgleich durch die Kanüle 23 und 24 sowie ecgcbcncnfalls 39 die Ruhestellung wieder hergestellt wird. Die gleiche Funktion ist erreichbar, wenn der Mediumfluß nicht am Abgang 4. sondern im Hereich ck-> Zugangs 3 unterbrochen wird. Sofern gemäß l·' ι g. 2 cm Magnetventil 32 nachgeschaltet isi. wird im Betriebszustand über das Schaltelement 18 dor Magnet 36 mn S·rom versorgt, wobei der Mediiin>il> >H durch Offnen '.'er Abdichtung i7 und damit ( rcgabe des Durchgänge* am Ventilsitz 38 eingeleitet wird. Krfolgt erneu' die AbsperruP" '"s Mediumflusses, dann wird durch du Funktionsweise des Differenzdruck-Schalters 1 aucl· eine entsprechende Rückwirkung auf das Magneiventi 32 erzie¹' und der Dichtungskörper 37 setzt erneut fes auf den Ventilsitz 38 auf, d. h. das Ventil schließt sich I ■ könnt η zusätzlich beliebige, durch das Schaltelement If gcschVi'jte elektrische Geräte, für Duschnnhij··; beispielsweise konlaklgebende Münzgeräte und der gleichen, angesteuert werden

Der Differenzdruck-Schalter ist in seinem Aufbai außerordentlich einfach und in einet einten Ausfüh rungsform für einen sehr großen Druckbereich, in Ausführungsbeispiel etwa für einen Druckstufenbereicl von 0.1 bis 15 bar. anwendbar. Seine druckunabhängigi Funktionsweise ist somit für alle in der Prax;i vorkommenden oder wenigstens in aller Regel auftrc tenden Drücke sichergestellt, wobei selbst bei einer in Betriebszustand auftretenden Druckänderung stets cin< sofortige Ausgleichwirkung zu verzeichnen ist. Fiir di< einwandfreie Arbeitsweise des angegebenen Ausfüh rungsbeispiels genügt eine Fließdruckdifferenz voi weniger als 0.1 bar.

Hierzu 2 Blatt Zeichnunsen

Claims (6)

Patentansprüche;

1. Differenzdruck-Schaltarmatur für flüssige oder gasförmige Medien mit einem beweglichen Steuerkörper für wenigstens ein Schaltelement, wobei der Steuerkörper mit dem Zulauf und dem Ablauf so verbunden ist, daß bei gleichem Druck im Zu- und Ablauf keine Kraft auf den Steuerkörper ausgeübt wird und einer Drossel zwischen Zu- und Ablauf, dadurch gekennzeichnet, daß die Drossel im Ruhezustand geschlossen ist und erst öffnet, nachdem der Steuerkörper (9) betätigt ist

2. Schaltarmatur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zufolge der Entleerung und Auffüllung einer Gegendruckkammer (11) gegebene axiale Bewegung des mit dem einen Permanentmagneten (10) beaufschlagten Steuerkörpers (9) auf einen zweiten Permanentmagneten (15) durch das zwischen den sich gegenüberliegenden, gleichartigen Polen der beiden Magnete gegebene Magnetfeld übertragbar ist, wobei die entgegengesetzte Stirnseite (16) des zweiten Magneten den Schaltvorgang des auf ein Steuerungsteil (5) durch eine Überwurfmutter (22) lösbar aufgeschraubte Schaltungsteil (17) mittels des Schaltelementes (18) bewirkt.

3. Schaltarmatur nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das auf das Gehäuse (2) des Differenzdruck-Schalters (1) aufgesetzte Kopfstück (6) gleichzeitig Träger des in das Gehäuse (2) eintauchenden Steuerkörpers (9) einschließlich des unteren Permanentmagneten (10) mit der Stülpmembrane (8) sowie des oberen Permanentmagneten (15) und des Schaltungs· :ils (17) mit den Schaltelementen (18) ist und so eine sämtliche Funktionsteile enthaltende Einheit bildet.

4. Schaltarmatur nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Drossel einen auf einer Achse einer Verschlußkappe (31), unterstützt durch eine Druckfeder (30), geführten Permanentmagneten (29) aufweist, der gegen einen im Gehäuse (2) montierten Ventilsitz (28) dichtend mit magnetischer Kraft anliegt.

5. Schaltarmatur nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilsitz (28) ein Stahlsitz ist.

6. Schaltarmatur nach einem der Ansprüche 1 bis S, dadurch gekennzeichnet, daß die Drossel ein abgangsseitig unmittelbar an dem Differenzdruck-Schalter (1) angeschlossenes Magnetventil (32) ist, wobei die Entleerung und Auffüllung einer Gegendruckkammer (11) über einen erweiterten Entleerungskanal (39) erfolgt.